DSC法研究Ti-6Al-4V合金中β1→α+β2转变动力学

利用差示扫描量热仪测试了Ti-6Al-4V合金在不同冷却速度下β₁→α+β₂转变温度和转变时间,并计算其转变激活能和Avrami指数。结果表明,在5～20 ℃/min冷却速度范围,冷却速率越大,Ti-6Al-4V合金中的β₁→α+β₂转变温度越低,转变时间也越短,其转变激活能随着转变体积分数的增加而逐渐减小,在660 ℃时,Avrami指数在1～2之间。     

Ti-6Al-4V-xH合金相转变的原位研究（英文）

研究在加热和冷却过程中的氢致Ti-6Al-4V合金组织转变和相转变。试样从室温加热到1273 K,随后又冷却至室温。氢含量范围为0~0.8%(质量分数)。系统研究氢致Ti-6Al-4V合金动态相变过程及相应的机制。当氢含量增大时,β相转变温度显著降低,但幅度趋缓,并且β相体积分数逐渐增加。在加热过程中,置氢Ti-6Al-4V合金的相转变可以分为三个阶段,具体的过程是:δ→α+H2↑?δ+α′→βH?α′→αH+βH?αH→α+H2↑?α→β?βH→β+H2↑。另外,也对氢含量与α′马氏体的Ms和Mf的关系进行研究。     

3 GPa压力热处理对TC6钛合金中β→α相转变动力学的影响

利用差示扫描量热仪测试了TC6钛合金经3 GPa压力下1000 ℃保温15 min高压热处理前后在不同冷却速率下的β→α相变温度和转变时间,并计算其相变激活能和Avrami指数,结合显微组织分析,探讨了3 GPa热处理对TC6钛合金中β→α相变动力学的影响。结果表明：3 GPa热处理能降低TC6钛合金β→α相变温度,缩短相变时间,随着相变体积分数的增大,高压处理样品的相变激活能先低于后高于未经高压处理样品的,但对β→α 相变机制影响不大。     

β相区凝固的铸造γ-TiAl基合金的微观组织(英文)

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及差示扫描量热仪(DSC)研究Ti-43Al-4Nb铸态合金及其热处理态合金的显微组织以及相转变行为。结果表明:通过从β相区凝固的方法可以获得组织细小的铸态Ti-43Al-4Nb合金;凝固过程中γ晶能够直接从β相中形核,β相与γ相沿初始α晶界共存,有效地抑制了铸态Ti-43Al-4Nb合金晶粒的长大;Ti-43Al-4Nb合金在凝固过程中的相转变顺序为L→L+β→β→α+β→α+βr→α+γ+βr→(α2+γ)片层+γ+βr;经1250℃、16h热处理后,Ti-43Al-4Nb合金的显微组织与铸态组织相比有一定程度的粗化;由于Nb元素的充分扩散以及β相的非平衡状态,经过上述热处理过程后残余β相能够被完全消除。     

Ti55531合金连续升温过程的相变行为

通过连续升温热膨胀法分析Ti55531(Ti-5Mo-5Cr-5V-3Al-1Zr)合金在连续升温过程中的热膨胀行为、物相组成和显微组织,绘制热膨胀微分曲线。结果发现:随着升温速率的增加,相变温度逐渐升高。其中,在1℃/min的升温速率下不同温度区间内的相变行为如下:低于192℃时,发生ωath→β转变;192~347℃时,发生β→ωiso转变;347~376℃时,发生ωiso→α+β、β→α转变;409~648℃时,发生β→α转变;648~831℃时,发生α→β转变;831℃时,转变为全β组织。计算得到α→β转变热激活能为188.04 kJ/mol。     

置氢Ti-6Al-4V钛合金的热压缩变形行为研究

通过热模拟压缩实验,研究了氢对Ti-6Al-4V钛合金热变形行为的影响。结果表明,置氢可以显著降低Ti-6Al-4V钛合金高温压缩时的流动应力,提高Ti-6Al-4V钛合金的热加工变形速率一个数量级以上,并且明显降低了Ti-6Al-4V钛合金的变形温度。在变形温度760℃~800℃范围内,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小;在变形温度840℃~920℃范围内,置氢量0.2wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小。同时,置氢前后Ti-6Al-4V钛合金的变形激活能计算结果表明,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金在α+β两相区的变形激活能为208.3kJ/mol,与未置氢Ti-6Al-4V钛合金相比降低了316kJ/mol。     

初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形机制影响研究

研究了两种不同初始组织(魏氏组织、马氏体组织)Ti-6Al-4V合金在温度区间为700~750℃,应变速率为10~(-3)~1s~(-1)之间的高温变形行为。结果表明:初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形行为有着重要影响,初始魏氏组织Ti-6Al-4V合金主要发生了绝热剪切变形,在试样内部形成了绝热剪切带,绝热剪切带的密度随着温度上升和应变速率下降而减小;α′马氏体组织Ti-6Al-4V合金主要发生了稳态变形,在试样内形成了晶粒尺寸在亚微米级甚至纳米级的超细晶组织,晶粒尺寸和组织均匀性随着温度升高和应变速率减小而增大。α′马氏体组织的晶粒细化机制主要是连续动态再结晶,α′/α+β相变过程为再结晶的发生提供了重要的驱动力。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金β晶粒生长及片层组织转变

利用可控冷却速度热处理装置研究了Ti-6. 5Al-3. 5Mo-1. 5Zr-0. 3Si合金β热处理过程中的β晶粒生长及片层组织转变规律。结果表明,合金在β单相区固溶时,随着温度升高和保温时间延长,β晶粒尺寸增大,且加热温度高于1140℃时,β晶粒快速生长。计算了β相区晶粒生长激活能为129. 6 k J·mol-1,并建立了β晶粒生长模型。随冷却速度变化,合金出现全马氏体组织和(α+β)片状组织。原始β晶界在全马氏体组织和(α+β)片状组织中均清晰可见,原始β晶粒呈等轴状特征。(α+β)片以取向各异"集束"形式存在于原始β晶粒内,(α+β)集束内的α片几乎相互平行。(α+β)片层组织特征参数(原始β晶粒尺寸、α片厚度及(α+β)集束尺寸)均随冷却速度降低而增加。α片层可在β晶界和晶内形核,以集束形式生长,但不能穿过β晶界。原始β晶界能对α片层的生长起到约束作用。     

电子束选区熔化成形及后续热处理后Ti-47Al-2Nb-2Cr合金显微组织（英文）

对电子束选区熔化成形及后续热处理后Ti-47Al-2Nb-2Cr合金显微组织进行了分析,讨论了成形过程中合金凝固和固态相变过程。结果表明,电子束选区熔化成形Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的显微为细小的γ-Ti Al和α_2-Ti_3Al形成的片层结构,但是由于电子束选区熔化成形过程冷却速度较快和成形过程中的热循环作用,成形样品的片层晶团和片层宽度皆沿样品成形方向从上到下变大变宽。合金的凝固过程通过了β单相区,并经历L→L+β→β→β+α→α→α+γ的相变过程。为了得到均匀一致的显微组织,对电子束选区熔化成形样品进行了热处理,通过1250℃油淬后1200℃保温2 h,得到了细小均匀的片层结构组织。     

Laboratory for Microstructures, Shanghai University, Shanghai 200072, China

用气相充氢法研究了Ti-6Al-4V合金在初始氢气压力为0.012、0.04和0.07 MPa,温度为800、850和900℃条件下充氢过程中的氢扩散动力学。结果表明,在不同的初始氢气压力和充氢温度下,合金中的平均氢浓度随充氢时间的变化呈现指数关系,由此可见Ti-6Al-4V合金的充氢过程受氢原子的扩散所控制。通过求解扩散方程得到,氢在Ti-6Al-4V合金中的表观扩散激活能为32.80 kJ/mol,此激活能为氢在Ti-6Al-4V合金相中的扩散激活能。     

氢在Ti-6Al-4V合金中的扩散动力学研究(英文)

用气相充氢法研究了Ti-6Al-4V合金在初始氢气压力为0.012、0.04和0.07 MPa,温度为800、850和900℃条件下充氢过程中的氢扩散动力学。结果表明,在不同的初始氢气压力和充氢温度下,合金中的平均氢浓度随充氢时间的变化呈现指数关系,由此可见Ti-6Al-4V合金的充氢过程受氢原子的扩散所控制。通过求解扩散方程得到,氢在Ti-6Al-4V合金中的表观扩散激活能为32.80 kJ/mol,此激活能为氢在Ti-6Al-4V合金相中的扩散激活能。     

β热处理对SEBM Ti-6Al-4V Diamond点阵材料显微组织和力学性能的影响

采用电子束选区熔化(SEBM)技术制备Ti-6Al-4V Diamond点阵材料,研究β热处理(1100℃/2 h/FC)对其显微组织与力学性能的影响。结果表明,经β热处理后,Ti-6Al-4V Diamond点阵材料的显微组织由原始β柱状晶转变为等轴晶,针状马氏体α′相以及α+β细片层组织转变为相互平行的α+β粗片层组织,且α片层平均厚度由0.8μm增加至7.4μm。此外,Ti-6Al-4V Diamond压缩应变增加,最大可达13.1%,但强度降低;热处理对点阵材料的模量影响较小。点阵材料的结构与材料具有独立性,热处理不会改变Ti-6Al-4V Diamond点阵材料强度、模量与相对密度的指数关系。     

自由落体条件下Ti-6Al-4V合金微液滴的快速凝固研究

在自由落体条件下实现了Ti-6Al-4V合金微液滴的深过冷与快速凝固,研究了合金的相组成、凝固组织和显微硬度。计算出落管中不同直径微液滴的过冷度和冷却速率,揭示了Ti-6Al-4V合金凝固组织随过冷度及冷却速率的变化规律。结果表明,深过冷与快冷速的耦合作用使凝固组织不断细化且形貌发生转变:层片α+β→枝晶α→网篮状α'+β→针状α'→针状α'+不规则β。当液滴直径小于400μm时,位于原始等轴β晶的晶界及晶内的针状马氏体α'转化为大量连续分布且形状不规则的次生β相,发生α'→β固态转变。不同直径范围内的Ti-6Al-4V合金凝固组织的显微硬度与组织形貌有关,"层片组织"、"针状α'组织"和"针状α'+不规则β组织"的显微硬度随液滴直径的减小而增大,"网篮组织"的显微硬度随液滴直径的减小而减小。其中,枝晶组织的显微硬度可高达785 kg/mm~2,是母合金硬度的2.6倍。     

Ti-6Al-4V合金的轧制与组织性能

采用光学显微镜、透射电镜和拉伸试验等手段,研究了多道次两向轧制和单向轧制对不同原始状态(热轧态、水淬态和空冷态)Ti-6Al-4V合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,热轧态Ti-6Al-4V合金的组织为片状α相+β相+少量等轴α相,水淬态Ti-6Al-4V合金形成了针状马氏体组织,空冷态Ti-6Al-4V合金形成了网状组织。Ti-6Al-4V合金适宜的两向轧制温度为700 ℃,此时合金中可见颗粒状β相弥散分布在α基体上。两向轧制Ti-6Al-4V合金的抗拉强度和屈服强度从高至低顺序为:水淬态>热轧态>空冷态,且轧向强度要高于横向;相较于单向轧制,两向轧制明显降低了Ti-6Al-4V合金板材拉伸性能的各向异性,且水淬态Ti-6Al-4V合金的轧向和横向强度差异最小,700 ℃轧制Ti-6Al-4V合金的主要细化机制为位错细化。     

一种新型易变形Ti-Al-Mn-W合金组织与力学性能

设计并制备了一种新型低成本、易热变形的Ti-43Al-3.5Mn-0.5W(at%)合金锻锭,并对其组织、室/高温拉伸力学性能、抗高温氧化性、热变形能力进行了系统分析。结果表明,与Ti-42Al-5Mn相比,研制的合金强度、抗高温氧化性、热变形能力更佳,且该合金α₂和β_o相中具有更低的Mn含量,降低了合金近服役温度下富锰Laves相的析出倾向。合金的固态相变路线为：β→β+α→β+α+γ→β+β_o+α+α₂+γ→β_o+α₂+γ,其中γ相完全溶解的温度(T_γ-solv)约为1250℃,β单相区温度(T_β或T_α)约为1360℃。锻态合金显微组织为α₂/γ片层和片层界面处大量β_o和γ混合相,高温强度降低明显。通过两步热处理,锻态合金的高温强度和稳定性均有一定提升,这主要归结为片层组织含量的提高和片层晶团尺寸的细化。1260℃/0.5 h/AC+800℃/...     

氢对Ti-6Al-4V合金微观组织的影响

采用累计流量法对供应态Ti-6Al-4V合金进行了固态置氢,运用OM、XRD、TEM分析等方法研究了Ti-6Al-4V合金固态置氢后的微观组织状态及演变过程。结果表明:供应态Ti-6Al-4V合金的置氢量低于0.30%(质量分数,下同)时,置氢使得Ti-6Al-4V合金中的α相减少、β相增加;置氢量达到0.30%时,置氢Ti-6Al-4V合金中有δ氢化物(TiH2相)形成;β-Ti(H)共析转变生成α-Ti和δ氢化物时主要以切变方式进行;置氢Ti-6Al-4V合金的相变温度最多下降了180°C,与Ti-6Al-4V合金在置氢过程中的相体积比变化和共析转变有密切关系。     

Ti-1300合金的非等温ω相变研究

通过膨胀法研究了Ti-1300合金在连续加热过程中ω相变。结果表明:Ti-1300合金在连续加热过程中低温区域发生了βM→ω+β相变,高温区域发生了βM→α+β相变,随着加热速率增大,βM→ω+β相变温度范围推向高温区域;ω相的体积转变分数与温度之间关系曲线呈典型的‘S’型;非等温ω相变的激活能随着转变体积分数增大而增加,相变阻力增大,平均相变激活能约55 k J/mol。     

Ti6Al4V-0.55Fe合金连续升温过程的相变研究

通过连续升温热膨胀法(DIL)研究了Ti6Al4V-0.55Fe合金在连续升温过程中的α相回溶(α+β→β)的热膨胀行为和显微组织演化。采用了1、5、10、15 K/min的4种升温速率对Ti6Al4V-0.55Fe合金进行热膨胀实验,结果发现:不同升温速率的α相回溶曲线都展现出典型的"S"型曲线,表明α相回溶是一种由形核长大控制的过程。通过Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)方法和Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami(KJMA)模型分别得到α相回溶转变平均相变激活能E和随着α相回溶体积的增大所对应的Avrami指数n,可分为3个阶段,即相变初期(0f0.01)、相变中期(0.01f0.95)和相变终期(0.95f1),表明Ti6Al4V-0.55Fe合金的α相回溶过程机制在不同时期是不同的。同时采用背散射电子像(BSE)进行Ti6Al4V-0.55Fe合金组织演化验证分析,发现α相回溶温度区间与升温速率为15 K/min的热膨胀曲线确定的温度区间885~1043℃相同,增加了热膨胀实验结果的可靠性。最后,结合相转变曲线,给出了合金连续升温过程α+β→β相转变的连续升温相转变图。将Ti6Al4V-0.55Fe与Ti6Al4V合金比较,发现两合金的热动力学差别主要为Ti6Al4V-0.55Fe合金α相回溶平均相变激活能比Ti6Al4V低,表明Ti6Al4V-0.55Fe合金比Ti6Al4V合金的α相回溶更容易。     

β退火参数对Ti6Al4V合金组织和性能的影响

钛合金β退火产生的片层组织可以显著提高材料的损伤容限性能。通过不同的β退火温度和冷却速率试验研究了β退火参数对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响。结果表明:β退火温度在T_β+10 ℃~T_β+50 ℃范围内,随着退火温度的提高,β晶粒尺寸不断长大,温度提高到T_β+50 ℃,合金强度、塑性降低明显;β退火保温时间基本与退火温度对组织和性能的影响规律一致,即保温时间延长强度和塑性降低,但断裂韧性提高;去应力退火温度在一定范围内提高,α片层厚度增加,抗拉强度和规定塑性延伸强度降低,塑性和断裂韧性提高;β退火后冷却速率对材料组织性能影响较大,冷速越大,α片层厚度、晶界α宽度和α集束尺寸明显减小,拉伸强度提高,但塑性下降。     

Ti-5Al-10Cr与Ti-5Al-15Mo合金β晶粒长大动力学研究

利用Burke提出的动力学模型研究了Ti-5Al-10Cr与Ti-5Al-15Mo合金在单相区不同温度、不同保温时间下β晶粒的长大行为。结果表明:在单相区,这两种新型近β钛合金中的β晶粒均随温度的升高和保温时间的延长而长大,且近似符合指数关系。同时,计算出两种合金在不同热处理条件下的长大指数与长大激活能。